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Um pedaço de isopor de 10,0 g tem uma carga líquida de -0,700 µC e flutua acima do centro de uma folha horizontal grande de plástico que tem densidade de carga uniforme sobre sua superfície. Qual é a carga por área sobre a folha plástica?

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Aprimorando com Questões

há 12 meses

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há 12 meses

Para determinar a carga por área sobre a folha plástica, precisamos usar a relação entre a força elétrica e a força gravitacional que atua sobre o pedaço de isopor. 1. Força gravitacional (Fg): A força que atua sobre o isopor devido à gravidade é dada por: \[ F_g = m \cdot g \] onde \( m = 10,0 \, g = 0,010 \, kg \) e \( g \approx 9,81 \, m/s^2 \). \[ F_g = 0,010 \, kg \cdot 9,81 \, m/s^2 = 0,0981 \, N \] 2. Força elétrica (Fe): A força elétrica que atua sobre o isopor devido à carga na folha plástica é dada pela fórmula: \[ F_e = E \cdot q \] onde \( E \) é o campo elétrico gerado pela carga na folha e \( q = -0,700 \, \mu C = -0,700 \times 10^{-6} \, C \). 3. Campo elétrico (E): Para uma folha com densidade de carga superficial \( \sigma \), o campo elétrico é dado por: \[ E = \frac{\sigma}{2 \varepsilon_0} \] onde \( \varepsilon_0 \) é a permissividade do vácuo, aproximadamente \( 8,85 \times 10^{-12} \, C^2/(N \cdot m^2) \). 4. Igualando as forças: Como o isopor flutua, temos que \( F_g = F_e \): \[ 0,0981 \, N = E \cdot (-0,700 \times 10^{-6} \, C) \] 5. Substituindo E: \[ 0,0981 \, N = \left(\frac{\sigma}{2 \varepsilon_0}\right) \cdot (-0,700 \times 10^{-6} \, C) \] 6. Resolvendo para \( \sigma \): \[ \sigma = \frac{0,0981 \, N \cdot 2 \varepsilon_0}{-0,700 \times 10^{-6} \, C} \] Substituindo \( \varepsilon_0 \): \[ \sigma = \frac{0,0981 \cdot 2 \cdot 8,85 \times 10^{-12}}{-0,700 \times 10^{-6}} \] Calculando isso, você encontrará a carga por área \( \sigma \). Se precisar de um valor numérico exato, você pode fazer a conta final. Mas a abordagem acima é o caminho para encontrar a carga por área na folha plástica.

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